热敏电阻温度传感器的一种线性化设计
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图 3 —3 线性化电路
图 3 —3 中 :
V01 = V Y ( V1/ VX) m = V Y ( V1/ VX) (取 m = 1)
而 V Y = R3/ R1 ( V01 - VR)
(下转第 39 页)
2003 年第 5 期 工业仪表与自动化装置
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RT
=
R0exp [β(
1 T
-
1 T0
]
(1 —1)
式中 :R0 为当热力学温度为 T0 时的电阻值 ; T0
为基准温度 (通常为 298115K) β; 为热敏电阻的材料
系数 ,如果所用热敏电阻为 TX 型 ,则 R0 = 22 kΩ β,
= 3244 。由此可见 , RT 与 T 不成正比 , 而是呈指数
规律变化 。
收稿日期 :2002210211 基金项目 :江苏省教育厅资助 (01 KJD470006) 作者简介 :俞阿龙 (19642) ,男 ,博士生 ,副教授 , 科研方向为信息
检测技术及仪器 。
为了实现热敏电阻温度传感器的输出与温度 T 之间的线性关系 , 需要进行线性化 。该文介绍一种 由多功能转换器等硬件实现的线性热敏电阻温度传 感器设计原理 ,并给出实用电路 。
(2 —5)
式中 : S 为线性增长系数 。
由式 (2 —4) 得 :
T
=
K2 V1 K3 - K1 V1
将上式代入式 (2 —5) 得 :
VT
=
ST
=
S K2 V1 K3 - K1 V1
=
K3
(1
S -
K2 V1 K1/ K3 V1)
=
1
K4 V1 - K5 V1
式 (2 —6) 中 , K4 = S K2 , K5 = K1/ K3
正比 。
212 线性化原理
由式 (2 —4) 可知 ,图 2 —1 所示传感器的输出电
压 V1 与温度 T 是非线性关系 ,如果能设计一个电
路 ,让其输出电压是 V1 的非线性函数 V T = f ( V1) ,
那么只要其函数满足某种关系 , 就可使温度 T 与输
出电压呈线性关系 : V T = S T
-
2 Rf ClnR1
式 (2 —1) 中 ,取 R1 < < RT ,则 :
f
=
2Rf
Cln
(2
R
1 T)
-
2Rf ClnR1
将式 (1 —1) 代入式 (2 —2) 得 :
(2 —1) (2 —2)
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工业仪表与自动化装置 2003 年第 5 期
f
=
2Rf Cln{2R0exp
(上接第 20 页) 代入上式得
V01 = [ - ( R3/ R1 ) VR ( V1/ VX ) ]/ [ 1 - ( R3/ R1 )
( V1/ VX) ]
(3 —2)
取 VR = 1V , VX = 1V (由精密基准电压源 F1403
分压得到)
而 V T = - (R4/ R5) V01 将式 (3 - 2) 代入式 (3 - 3) 得 :
图 3 —2 所示的是多功能转换器的指数选择方
法 。电阻 R1 和 R2 构成分压器 ,若要 m < 1 , 则对数 比值输出直接由 R1 和 R2 进行衰减 。若要 m > 1 ,则 由 R1 和 R2 决定对数比值放大器的增益 。
图 3 —2 多功能转换器的指数选择
根据多功能转换器的输出特性 ,由多功能转换 器为核心所设计的电路如图 3 —3 所示 。
[ 参考文献 ] [1 ] 吴兴惠 ,等 1 传感器与信号处理 [ M ]1 电子工业出版
社 ,19981 [2 ] 刘洪明 1 半导体热敏电阻半桥测温电路参数优化设计
[J ]1 电气自动化 ,2000 (6) . [3 ] 卢文科 ,等 1 热敏电阻非线性补偿研究[J ]1 仪表技术 ,
1996 (2) 1
2 线性化方法
211 非线性热敏电阻温度传感器 图 2 —1 是一种由热敏电阻构成的非线性温度 传感器电路 。由 A1 等组成方波发生器 ,其输出频率 为:
图 2 —1 非线性温度传感器电路
f
=
1 T
= 2RfCln (1
1 + 2 RT/
R1)
= 2RfCln (R1
1 + 2 RT)
度 T 成正比关系 ( VT = ST) ,达到了线性化目的 。
4 结 论
将图 1 —1 和图 3 —3 的电路组成实验装置进行 初步测试 ,在 - 10 ℃～100 ℃范围内 ,非线性误差小 于 015 % ,说明该热敏电阻温度传感器的输出电压 与温度呈良好的线性关系 ,能满足一般测量所需要 求。
L FW12 用于标记数码管组 ,在程序第一 次扫描执行时应置零
L KF + 0
判断是否为第一组数码管
> <F
JC = M001
L KH0100
T FW1
置第一组数码管标记位
L FW118
在第一组数码管上显示的数据
T PW16
输出数据
L FW12
L KF + 1
+F T FW12
指向下一组数码管
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热敏电阻温度传感器的一种线性化设计
俞阿龙1 ,2 李 正2
(11 东南大学 ,江苏南京 210018 ;21 淮阴师范学院 ,江苏淮安 223001) [ 摘 要 ] 文中介绍热敏电阻温度传感器的一种线性化设计方法 ,并给出实用电路 。测试结 果表明 :该线性热敏电阻温度传感器的输出电压与温度成良好的线性关系 。
图 3 —1 多功能转换器 4302 组成框图
该集成电路有 X , Y ,Z 三个独立的输入端 ,其值
可以是 0～ + 10V 之间的任意值 。对数比值电路的
输出为 log ( VX/ V Z) , 它等于 (logVX - logV Z) 。该信
号在 mb 引脚输出 。将该信号送到求和电路的反相
3 结 论
下面简单分析一下其性能 ,假定显示两组数据 , 程序采用循环控制方式 ,则一个扫描周期显示一组 数据 ,即两组数据交叉显示 。假设程序扫描周期为 100ms ,对于 CPU 处理单指令时间为微秒级的 PLC 来说 ,100ms 的周期足够长了 ,那么每组数据的更新 周期为 100 ×2 = 200 (ms) ,这样的显示频率足可以达 到一般的工业控制要求 ,完全可以用作实时显示之 用 。同样 ,若显示多组数据 ,其数据线接法是一样 的 ,只需增加片选信号 。笔者所介绍的方法已用于 实际设备控制中 ,完全满足设计要求 ,并且降低了硬 件成本 ,取得了较好的效果 。
JC = M002
M001 :L FW12
L KF + 1
判断是否为第二组数码管
> <F
JC = M002
L KH0200
T FW1
置第二组数码管标记位
L FW120
取在第二组数码管上显示的数据
T PW16
输出数据
L KF + 0 T FW12
指向第一组数码管
M002 :NOP A F110
根据数码管标记位 ,启动相应的 计时器
输入端 mc ,并附加增益 m ,这样求和电路的输入为
- m ( logVX - logV Z ) + logV Y = log [ V Y ( V Z/
VX) m ]
此信号再经反对数放大器处理 ,得输出为 :
V0 = V Y·( V Z/ VX) m
(3 —1)
上式中 m 为指数 ,其值在 012～5 之间变化 。
Abstract :This paper presents the principle of a linear thermistor temperature transducer and its practical circuit . The experimental result shows that its output voltage is very linear with its temperature.
= K3 f ,其中 K3 为常数 。所以 ,传感器的输出电压与
温度成非线性关系 。即 :
V1 =
K3
K1 + K2
1 T
(2 —4)
对于图 2 —1 中的 f/ V 转换器 ,可直接采用廉价
高精度集成电路 LM331 ,它可转换的频率范围为 1～
100kHz ,非线性度为 0101 % ,输出电压与输入频率成
(3 —3)
V T = [ (R4/ R5) (R3/ R1) V1 ]/ [ 1 - (R3/ R1) V1 ]
(3 —4)
调整参数使 (R3R4) / (R1R5) = K4 ,R3/ R1 = K5
则
:
V
T
=
1
K4 V1 - K5 V1
,
它与式
(2
—6)
一致
,
为满足条
件的非线性函数 ,从而使传感器的输出电压 VT 与温
式 (2 —6) 即为满足要求的函数 。
(2 —6)
3 线性化电路的设计
为了能实现式 (2 —6) 函数关系 ,该文介绍由多 功能转换器为核心等组成的线性化电路 。多功能转 换器 4302 是一种廉价的模拟集成电路 ,它由对数 、 反对数 、对数比值放大器等组成 ,可实现多种运算功 能 ,且精度很高 。图 3 —1 为其组成框图 。
Key words :Temperature transducer ; Thermistor ;Linearization
